反滲透技術(shù)

（1）反滲透膜分離法的基本特點(diǎn)是其推動(dòng)力為壓力差（1－10MPa），傳質(zhì)機理一般認為是溶劑的擴散傳遞，透過(guò)膜的物質(zhì)是水溶劑，截留物為溶質(zhì)、鹽（懸浮物、大分子、離子），膜的類(lèi)型為非對稱(chēng)膜或復合膜。反滲透的選擇透過(guò)性與組分在膜的溶解、吸附和擴散有關(guān)，因此除與膜孔大小結構有關(guān)外，還與膜的化學(xué)、物理性質(zhì)有密切關(guān)系，即與組分和膜之間的相互作用密切相關(guān)。

反滲透技術(shù)：滲透現象早在1748年已由Abbe Nollet首次得到證明，直到20世紀50年代，科學(xué)家們才開(kāi)始利用反滲透或超濾作為溶液中溶質(zhì)和溶劑的有效分離方法，并使其成為一種實(shí)驗室技術(shù)。

滲透是指一種溶劑（即水）通過(guò)一種半透膜進(jìn)入一種溶液或是從一種稀溶液向一種比較濃的溶液的自然滲透。但是在濃溶液一邊加上適當的壓力，即可使滲透停止，此時(shí)的壓力稱(chēng)為該溶液的滲透壓。若在濃溶液一邊加上比自然滲透壓更高的壓力，扭轉自然滲透方向，把濃溶液中的溶劑（水）壓到半透膜的另一邊稀溶液中，這是和自然界正常滲透過(guò)程相反的，此時(shí)就稱(chēng)為反滲透。

這就說(shuō)明，當對鹽水一側施加的壓力超過(guò)水的滲透壓時(shí)，可以利用半透膜裝置從鹽水中獲取淡水。因此，反滲透過(guò)程必須具備兩個(gè)條件：一是必須有一種高選擇性和高滲透性（一般指透水性）的選擇性半透膜，二是操作壓力必須高于溶液的滲透壓。

（2）反滲透裝置型式

反滲透技術(shù)1. 板框式反滲透裝置

這種形式的裝置由Aerojet通用公司發(fā)展起來(lái)的，教適合于小的和低壓工廠(chǎng)。膜支撐體在一種圓形平板上，這塊平板稱(chēng)為多孔板，常見(jiàn)的有不銹鋼多孔板和聚氯乙烯多孔板，產(chǎn)水通過(guò)多孔板匯集起來(lái)。這種裝置存在以下缺點(diǎn)：①安裝和維護費用高，②進(jìn)料分布不均勻，③流槽窄，④多級膜裝卸復雜，⑤單位體積中膜的比表面積低，產(chǎn)水量少。盡管有這些缺點(diǎn)，但由于它的結構簡(jiǎn)單可靠，體積比管式裝置小，在小規模的生產(chǎn)場(chǎng)所還是有一定的優(yōu)勢的。

  圖1  一級反滲透+混床

反滲透技術(shù)2. 管式反滲透裝置

這種裝置在實(shí)際應用中是很有意義的。它能夠處理含懸浮顆粒和溶解性物質(zhì)的液體，像沉淀一樣在管式裝置中把料液進(jìn)行濃縮，運行期間系統處處都可以保持良好的排水作用，適當調節水力條件，常�？梢灶A防溶液的濃縮弄臟或堵塞膜。其主要優(yōu)缺點(diǎn)可以歸納如下：

優(yōu)點(diǎn)：①能夠處理含懸浮固體的溶液，②合適的流動(dòng)狀態(tài)就可以防止濃差極化和膜污染等，并容易調整。

缺點(diǎn)：①設備端部用膜較多，裝置制造和安裝費用較昂貴。②單位體積中膜的比表面積小。③必須把管子外部包起來(lái)。④要使用支撐材料。

反滲透技術(shù)3. 螺旋式反滲透裝置

美國通用原子公司（Gulf General Atomic Co）發(fā)展了這種裝置。這種螺旋式結構的中間為多孔支撐材料，兩邊是膜的“雙層結構”，它的末端是沖孔的塑料管。雙層膜的邊緣與多孔支撐材料密封形成一個(gè)膜袋（收集產(chǎn)水），在膜袋之間再鋪上一層隔網(wǎng)，然后沿中心管卷繞這種多層材料（膜/多孔支撐材料/膜/料液隔網(wǎng)），就形成了一個(gè)螺旋式反滲透組件。將卷好的螺旋式組件，放入壓力容器中，就成為完整的螺旋式反滲透裝置。使用這種螺旋式反滲透裝置時(shí)應注意：

①中心管主要褶皺處的泄露②膜及支撐材料在粘結線(xiàn)上發(fā)生皺紋③膠線(xiàn)太厚可能會(huì )產(chǎn)生張力或壓力不均勻④支撐材料的移動(dòng)會(huì )使膜的支撐不合理，導致平衡線(xiàn)移動(dòng)⑤膜上有小孔洞，這是由于膜的質(zhì)量不合格所致。

目前，美國制作螺旋式組件已實(shí)現機械化，采用一種0.91m滾壓機，連續噴膠將膜與支撐材料粘密封結在一起，滾轉成螺旋式組件，牢固后不必打開(kāi)即可使用。

圖2  反滲透處理工藝在地下水處理中的流程圖

螺旋式組件的主要優(yōu)缺點(diǎn)是：

優(yōu)點(diǎn)：①單位體積中膜的表面積比率大②壓力導管的設計簡(jiǎn)單，具有擾性，安裝和更換容易，結構可以緊密放在一起。

缺點(diǎn)：①料液含懸浮固體時(shí)不適宜②料液流動(dòng)路線(xiàn)短③壓力消耗高④再循環(huán)濃縮困難。

反滲透技術(shù)4 .中空纖維式反滲透裝置

美國杜邦公司和道斯化學(xué)公司提出用純中空纖維素作為反滲透膜，制造出中空纖維式反滲透裝置。這種裝置類(lèi)似于一端封死的熱交換器，其中含有外徑50μm、內徑25μm；裝成一種圓柱形耐壓容器中，或是將中空纖維彎成U形裝入耐壓容器中，由于這種中空纖維極細，通�？梢匝b填幾百萬(wàn)根。高壓溶液從容器旁打進(jìn)去，經(jīng)過(guò)中空纖維膜的外壁，從中空纖維管束的另一端把滲透液收集起來(lái)，濃縮后的料液從另一端連續排掉。具體參見(jiàn)http://www.sharpedgetext.com更多相關(guān)技術(shù)文檔。

中空纖維式反滲透裝置的主要優(yōu)缺點(diǎn)如下：

優(yōu)點(diǎn)：①單位體積中膜的表面積比率高，一般可達到16000－30000m2/m3，因此組件可以小型化；②膜不需支撐材料，中空纖維本身可以受壓而不破裂。

缺點(diǎn)：①膜表面去污困難，料液需經(jīng)嚴格預處理；②中空纖維膜一旦損壞是無(wú)法更換的。

由此我們可以給優(yōu)質(zhì)反滲透裝置作出以下要求：

① 對膜能提供合適的支撐

② 處理溶液在整個(gè)膜面上必須均勻分布

③ 在最小能耗情況下，對處理溶液提供良好的流動(dòng)狀態(tài)

④ 單位體積中膜的有效面積比率高

⑤ 組件容易拆卸和更換

⑥ 便于膜的拆卸和組裝

⑦ 在運行壓力下，有效的工作時(shí)安全與可靠性高

⑧ 外部泄露能盡可能從壓力的變化上發(fā)現

⑨ 建造、維護費用都是方便的。

目前流行的這四種裝置的一些主要特性比較見(jiàn)表3-1

表1  四種反滲透裝置的主要特性比較